Домашнє завдання: § зад. № 6.31, 6.34

Опорний конспект

Рідина, яка знаходиться у посудині, межує не тільки з газоподібним середовищем, але й із твердим тілом – стінками посудини. В цьому випадку на межі рідина – тверде тіло виникають такі явища, як змочування і незмочування, які ведуть до викривлення поверхні рідини.

Викривлена поверхня рідини у вузьких циліндричних трубках або біля стінок посудини називають меніском.

Рідина, яка змочує поверхню твердого тіла,

піднімається біля стінок посудини – меніск вогнутий.

вода ртуть

Рідина, яка не змочує поверхню твердого тіла, опускається біля стінок посудини – меніск випуклий.

Змочування рідиною поверхні твердого тіла пояснюється тим, що взаємодія між молекулами рідини і твердого тіла сильніша, ніж притягання між частинками самої рідини.

 

Застосування явища змочування у техніці та природі:

Явище змочування застосовується під час склеювання, паяння, фарбування тіл. Наприклад, під час обробки металів, а також під час буріння свердловин у гірських породах їх змочують спеціальними рідинами, що полегшує і прискорює їх обробку.

Явище змочування враховується при конструюванні космічних апаратів. Відомо, що у стані невагомості рідина, яка змочує тверде тіло розпливається по стінкам посудини, у якій вона знаходиться, а рідина, яка не змочує тверде тіло, збирається великою краплею всередині посудини. Тому матеріал стінок і форму паливних баків доводиться вибирати так, щоб паливо утримувалось біля отворів, через які відбувається його перекачування до двигунів

В природі на поверхні річках вільно переміщаються водоміри, бо їх лапки вкриті воскоподібним нальотом, який не змочується рідиною. Також пір’я птахів не намочується, бо воно за рахунок роботи особливих залоз змазується жиром

Для рідини, яка змочує поверхню твердого тіла, крайовий кут гострий.

Для рідини, яка не змочує поверхню твердого,

крайовий кут тупий.

Рис. 1

Отже, змочування чи незмочування рідиною стінок посудини впливає на форму вільної поверхні рідини в посудині.

Розглянемо вузьку трубку, опущену в широку посудину з рідиною, яка змочує стінки даної трубки.

Якщо трубка достатньо вузька, то меніск має форму полусфери і сили поверхневого натягу, які діють зі сторони рідини на стінки посудини будуть напрямлені вертикально вниз.

Але за ІІІ законом Ньютона з такими ж по модулю силами, але напрямленими вертикально вверх, стінки посудини будуть діяти на рідину – сили F.

Причому,

Рис. 2 Ці сили дають рівнодійну, прикладену до рідини і напрямлену вертикально вверх, - F_p. Ця сила буде зменшувати тиск рідини на дно посудини, тобто створює від’ємний тиск на дно.

Розрахуємо від’ємний тиск рідини на дно посудини:

, де S – площа сфери

В свою чергу,

, де l – довжина сфери

Тоді,

(1)

Якщо тиск рідини зменшується на цю величину, то рівновага в сполучених посудинах може наступити тоді, коли рідина у вузькій посудині (трубці) підніметься на таку висоту, щоб тиск стовпчика, що піднявся компенсував від’ємний тиск. Тільки тоді тиск на дно буде однаковим як в широкій, так і у вузькій посудинах. Тобто, закон сполучених посудин залишається в силі.

Якщо в посудину налити рідину, яка не змочує стінки посудини, утворюючи випуклий меніск, то на рідину буде діяти сила зі сторони стінок, напрямлена вертикально вниз, за рахунок якої буде створюватись додатковий позитивний тиск на дно посудини:

(2) - Лапласівський тиск

В цьому випадку рівновага в сполучених посудинах може настати тільки тоді, коли рідина у вузькій посудині опуститься на певну висоту.

Вузькі посудини, вся поверхня рідини в яких викривлена, називаються капілярними. (Напр., трубки діаметром 1 мм² і менше, вузькі тріщини, пори тощо)

Капілярність

· Явище підняття і опускання рідини в капілярах.

Розрахуємо висоту підняття (опускання) рідини в капілярі:

З умови, що

(3)

 

Роль капілярності у побуті, природі, техніці:

1. надходження поживних речовин з ґрунту в рослини;

2. підняття вологи з глибоких шарів ґрунту;

3. тканини рослин пронизані капілярними каналами, якими розчини солей від коренів поширюються по всій рослині;

4. процес кровообігу у людини (кровоносні судини - капіляри);

5. підняття вологи капілярними порами будівельних матеріалів (напр., цегла і бетон мають широко розгалужену систему капілярів, якими вода може піднятися на значну висоту, спричиняючи відволожування стін будинку. Для захисту фундаменту і стіни від впливу ґрунтових вод вдаються до гідроізоляції);

6. застосування рушників, салфеток, гігроскопічної вати, марлі, промокального паперу тощо можливе завдяки наявності в них капілярів.

Домашнє завдання: § зад. № 6.31, 6.34